(57)【要約】［課題］  通信性能の低下を防ぐことができる通信装置、通信端末、および通信装置の制御方法を提供する。［解決手段］  通信装置６００は、給電部６１０と、複数の通信部６２０と、ＭＩＭＯ処理部６３０とを含む。複数の通信部６２０は、ＭＩＭＯ処理部６３０が入力した送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換したアナログの送信信号を給電部６１０に入力し、給電部６１０により分配されて入力されたアナログの受信信号を、アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理部６３０に入力する。給電部６１０は、複数の通信部６２０と同数のアナログの受信信号に基づくアナログ信号を、複数の通信部６２０に分配し、互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、複数のアンテナ素子に複数の通信部６２０と同数のアナログの送信信号を分配する。
2018061903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、
前記複数の通信手段は、
前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記給電手段は、バトラーマトリックス、ブラスマトリックス、またはロットマンレンズを実現する回路網を含む
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記複数のアンテナ素子を含む
請求項１または請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記複数のアンテナ素子は、互いが所定の間隔になるように配置されている
請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ複数のサブアンテナ素子を含む
請求項３または請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記複数のサブアンテナ素子は、互いに異なる複数種類の偏波に対応し、
前記複数種類の偏波のそれぞれに応じた複数種類の前記給電手段を含む
請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記複数のアンテナ素子は、矩形状の領域においてそれぞれ横方向および縦方向に並設され、
それぞれ横方向または縦方向に並設された一連の前記複数のアンテナ素子によってサブアレイアンテナがそれぞれ構成される
請求項３から請求項６のうちいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項８】
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに応じた前記給電手段をそれぞれ含む
請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項９】
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、
前記複数の通信手段は、
前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信装置と通信する通信端末。
【請求項１０】
複数の通信手段でデジタル信号とアナログ信号とを相互に変換し、
給電手段で、入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配し、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施し、
前記複数の通信手段で、
ＭＩＭＯ処理手段が前記複数の通信手段に入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換して前記ＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段で、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信処理と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信処理を実行する複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力したアナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理とを実行させ、
前記複数の通信処理で、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力された前記アナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段に、前記ＭＩＭＯ処理で前記通信手段に入力して前記送信用のデジタル信号がアナログ信号に変換された前記アナログの送信信号を入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換して前記ＭＩＭＯ処理を実行するＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
通信用プログラムが記録された記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、通信端末、通信方法、および通信用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信の高速化のために、同一帯域において複数のアンテナを用いて、基地局と一のユーザ端末との間の通信を確立するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）が、広く使われている。また、間隔を空けて配列された複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを用いるビームフォーミングが、広く使われている。そして、更なる通信の高速化のために、同一帯域において複数のアンテナを用いて、基地局と複数のユーザ端末との間の通信を確立するＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ）の利用が検討されている。なお、モバイル基地局等の通信装置に関しては、ＭＩＭＯとビームフォーミングとを行うことで各ユーザ端末に送信する信号を互いに分離し、ＭＵ−ＭＩＭＯを実現する方法が検討されている。【０００３】
特許文献１には、送信側に白色化フィルタを適用して下り回線における同一セル内の干渉を抑制するＭＩＭＯ技術等を用いた無線伝送システムが開示されている。【０００４】
図２９は、本発明に関連するＭＩＭＯ通信装置９００の構成例を示すブロック図である。図２９に示すように、ＭＩＭＯ通信装置９００は、ｎ個のアンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎが含まれるアレイアンテナ９１０と、ｎ個の通信回路９３０−１〜９３０−ｎと、キャリブレーションネットワーク９４０と、キャリブレーション用通信回路９５０と、ＭＩＭＯ処理部９６０とを含む。そして、ＭＩＭＯ通信装置９００は、ＭＵ−ＭＩＭＯで通信可能な通信装置である。【０００５】
なお、ＭＩＭＯ通信装置９００において、アレイアンテナ９１０と通信回路９３０−１〜９３０−ｎとの間、および通信回路９３０−１〜９３０−ｎとＭＩＭＯ処理部９６０との間は、それぞれｎ本の信号線９７０−１〜９７０−ｎを介して互いに接続されている。また、キャリブレーションネットワーク９４０は、ｎ個のカプラ９４１−１〜９４１−ｎを介して、アレイアンテナ９１０と通信回路９３０−１〜９３０−ｎとの間の信号線９７０−１〜９７０−ｎのそれぞれに接続されている。そして、キャリブレーションネットワーク９４０は、キャリブレーション用通信回路９５０にも接続されている。ＭＩＭＯ処理部９６０は、通信回路９３０−１〜９３０−ｎと、キャリブレーション用通信回路９５０とに接続されている。また、通信回路９３０−１〜９３０−ｎのそれぞれが、アレイアンテナ９１０に含まれるｎ個のアンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎのそれぞれに接続されている。【０００６】
ＭＩＭＯ処理部９６０は、ウェイト行列を算出する後述するＭＩＭＯ送受信ウェイト処理を行う。また、ＭＩＭＯ処理部９６０は、補正係数を算出する後述するキャリブレーション処理を行う。通信回路９３０−１〜９３０−ｎのそれぞれは、アレイアンテナ９１０に含まれるアンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎのそれぞれに信号を入力する。アンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎのそれぞれは、当該信号を指向性を有する電磁波に変換して、放射する。そして、アンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎのそれぞれから放射された電磁波は、受信側で受信される。具体的には、例えば、通信回路９３０−１〜９３０−ｎからアンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎに入力された信号のそれぞれは、アンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎのそれぞれによって、電磁波に変換され放射される。そして、当該電磁波のそれぞれは、互いに重なり合って、各ユーザ端末に向けた信号ごとに、強度が最も強くなる方向が互いに異なるビームとなり、受信側で受信される。【０００７】
ＭＩＭＯ処理部９６０は、ＭＩＭＯ通信装置９００が信号受信時に推定する受信情報に基づき、ウェイト行列を決定する。そして、ＭＩＭＯ処理部９６０は、通信回路９３０−１〜９３０−ｎのそれぞれがアンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎに入力する信号のそれぞれに、当該ウェイト行列を乗算する。なお、受信情報とは、ＭＩＭＯ通信装置９００からユーザ端末への伝搬路の振幅および位相の変動量で構成される行列である。【０００８】
また、ＭＩＭＯ処理部９６０は、前述のように信号に乗算される補正係数を算出するキャリブレーション処理を行う。具体的には、例えば、ＭＩＭＯ処理部９６０は、通信回路９３０−ｉ（ｉは、１以上であってｎ以下の自然数）に、キャリブレーションネットワーク９４０を介してキャリブレーション用通信回路９５０へ参照信号ｘを入力させる。また、ＭＩＭＯ処理部９６０は、キャリブレーション用通信回路９５０に、キャリブレーションネットワーク９４０を介して通信回路９３０−ｉ（ｉは、１以上であってｎ以下の自然数）へ参照信号ｘを入力させる。ここで、通信回路９３０−ｉおよびキャリブレーション用通信回路９５０では、信号を受信する処理と送信する処理とが別個に行われている。よって、通信回路９３０−ｉとアンテナ素子９１１−ｉとの間の信号路では、送信信号と受信信号との間に可逆性が成立しない。そこで、ＭＩＭＯ処理部９６０は、前述のように通信回路９３０−ｉおよびキャリブレーション用通信回路９５０に入力された参照信号ｘに基づき、通信回路９３０−ｉとアンテナ素子９１１−ｉとの間の信号路における送信信号と受信信号との間に可逆性を成立させる補正係数を算出する。そして、ＭＩＭＯ処理部９６０は、前述のようにウェイト行列を乗算した信号のそれぞれに、当該補正係数を乗算する。また、通信回路９３０−１〜９３０−ｎのそれぞれは、アンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎに、補正係数を乗算した信号のそれぞれを入力する。【０００９】
ここで、ＭＩＭＯ処理部９６０が行うキャリブレーション処理に誤差が生じる場合がある。その場合には、通信回路９３０−１〜９３０−ｎによって入力される信号のそれぞれが適切な信号ではなくなるので、アンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎのそれぞれが放射した電磁波に基づくビームの形状が劣化する。したがって、各ユーザ端末が、他のユーザ端末に向けられたビームをより多く受信してしまうので、ＭＵ−ＭＩＭＯによる通信の性能が悪化してしまう。【００１０】
なお、ＭＩＭＯ通信装置９００が、それぞれが異なる方向にあるユーザ端末にビームにより信号を送信する場合に、ＭＩＭＯ処理部９６０がＺＦ（Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ）処理によりウェイト行列を決定するときには、ウェイト行列は次のように決定される。すなわち、ウェイト行列は、一のユーザ端末に送信されるビームと他のユーザ端末に送信されるビームとが互いに干渉しないように決定される。すなわち、ウェイト行列は、複数のユーザ端末に送信する複数のビームのそれぞれについて、例えば、見通し環境においては、他のユーザ端末の方向にヌル点（ビームの強度が０になる点）が形成されるように決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−７４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図２９に示す例におけるＭＩＭＯ通信装置９００では、通信回路９３０−１〜９３０−ｎのそれぞれが、アレイアンテナ９１０におけるアンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎのそれぞれに接続されている。よって、通信回路９３０−１〜９３０−ｎから出力されたそれぞれの信号がそれぞれ電磁波に変換され放射される。したがって、ＭＩＭＯ通信装置９００の通信性能は、キャリブレーション処理の誤差の影響を大きく受ける。すると、互いに異なるアンテナ素子９１１−１〜９１１−ｎが放射した電磁波に基づくビームについてのヌル点形成が正確に行えなくなってしまう。【００１３】
また、ＭＵ−ＭＩＭＯ等を用いたＭＩＭＯ通信システムでは、通信性能の低下を防ぐために、複数のユーザ端末との間で同時に送受信するビームのそれぞれが、互いに干渉しないように適切に分離可能であることが求められている。【００１４】
しかし、特許文献１には、複数のユーザ端末との間で送受信するビームのそれぞれが互いに干渉しないように、特に、キャリブレーション処理の誤差による影響を緩和することについて、記載も示唆もなされていない。また、図２９に示す例におけるＭＩＭＯ通信装置９００は、複数のユーザ端末との間で送受信するビームのそれぞれが互いに干渉しないように、特に、キャリブレーション処理の誤差による影響を緩和することが想定されていない。したがって、特許文献１に記載された無線伝送システム、および図２９に示す例におけるＭＩＭＯ通信装置９００では、例えば、キャリブレーション処理に誤差が生じた場合に、通信性能が低下してしまう場合がある。【００１５】
そこで、本発明は、通信性能の低下を防ぐことができる通信装置、通信端末、および通信装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様における通信装置は、デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、前記複数の通信手段は、前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、前記給電手段は、前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配することを特徴とする。【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様における通信端末は、デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、前記複数の通信手段は、前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、前記給電手段は、前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配することを特徴とする通信装置と通信する。【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様における通信装置の制御方法は、デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信ステップと、入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信ステップを実行する複数の通信手段に分配する給電ステップと、ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理ステップとを含み、前記複数の通信ステップで、前記ＭＩＭＯ処理ステップで前記複数の通信手段に入力して前記送信用のデジタル信号がアナログ信号に変換された前記アナログの送信信号を前記給電ステップを実行する給電手段に入力し、前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換して前記ＭＩＭＯ処理ステップを実行するＭＩＭＯ処理手段に入力し、前記給電ステップで、前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、通信性能の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるアレイアンテナの構成例を示す正面図である。
【図３】第１の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第１の例を示す正面図である。
【図４】第１の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第２の例を示す正面図である。
【図５】第１の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第３の例を示す構成図である。
【図６】第１の実施形態におけるアレイアンテナと、給電ネットワークと、通信回路とのの接続例を示す構成図である。
【図７】第１の実施形態における固定ビームの各方向における信号強度の例を示す説明図の一例である。
【図８】第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の動作例を示すフローチャートである。
【図９】第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成の他の第１の例を示すブロック図である。
【図１０】第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成の他の第２の例を示すブロック図である。
【図１１】第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成の他の第３の例を示すブロック図である。
【図１２】第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成の他の第４の例を示すブロック図である。
【図１３】第２の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】第２の実施形態における固定ビームの各方向における信号強度の例を示す説明図である。
【図１５】第２の実施形態における固定ビームの各方向における信号強度の他の例を示す説明図である。
【図１６】第３の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】第３の実施形態におけるアレイアンテナの構成例を示す正面図である。
【図１８】第３の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第１の例を示す正面図である。
【図１９】第３の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第２の例を示す正面図である。
【図２０】第４の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２１】第４の実施形態におけるアレイアンテナの構成例を示す正面図である。
【図２２】第４の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第１の例を示す正面図である。
【図２３】第４の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第２の例を示す正面図である。
【図２４】第４の実施形態におけるアレイアンテナの構成の他の第３の例を示す正面図である。
【図２５】第５の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２６】第６の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２７】第６の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の動作例を示すフローチャートである。
【図２８】第６の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置の他の動作例を示すフローチャートである。
【図２９】関連するＭＩＭＯ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００の構成例を示すブロック図である。図１に示す例では、ＭＩＭＯ通信装置１００は、給電ネットワーク１２０と、ｎ個の通信回路１３０−１〜１３０−ｎと、キャリブレーションネットワーク１４０と、キャリブレーション用通信回路１５０と、ＭＩＭＯ処理部１６０とを含む。そして、給電ネットワーク１２０には、アレイアンテナ１１０が接続されている。なお、アレイアンテナ１１０は、ＭＩＭＯ通信装置１００の内部に設置されてもよいし、外部に設置されてもよい。
【００２３】
ここで、ＭＩＭＯ通信装置１００は、ＭＵ−ＭＩＭＯで通信可能な通信装置である。なお、ＭＩＭＯ通信装置１００において、アレイアンテナ１１０と給電ネットワーク１２０との間、給電ネットワーク１２０と通信回路１３０−１〜１３０−ｎとの間、および通信回路１３０−１〜１３０−ｎとＭＩＭＯ処理部１６０との間は、それぞれｎ本の信号線１７０−１〜１７０−ｎを介して互いに接続されている。
【００２４】
また、キャリブレーションネットワーク１４０は、ｎ個のカプラ１４１−１〜１４１−ｎを介して、給電ネットワーク１２０と通信回路１３０−１〜１３０−ｎとの間の信号線１７０−１〜１７０−ｎのそれぞれに接続されている。
【００２５】
アレイアンテナ１１０には、ｎ個のアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎが含まれる。なお、アレイアンテナ１１０には、入出力端子としてｎ個のアンテナポート１１２−１〜１１２−ｎが設けられてもよい。以降の説明では、アレイアンテナ１１０にアンテナポート１１２−１〜１１２−ｎが設けられた場合を例に説明する。そのような構成の場合には、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれは、アンテナポート１１２−１〜１１２−ｎのそれぞれに接続される。
【００２６】
給電ネットワーク１２０には、ネットワーク回路部１２３が含まれる。なお、給電ネットワーク１２０には、入出力端子として通信回路１３０−１〜１３０−ｎ側にｎ個の入出力ポート１２１−１〜１２１−ｎと、アレイアンテナ１１０側にｎ個の入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎとが設けられてもよい。以降の説明では、給電ネットワーク１２０に入出力ポート１２１−１〜１２１−ｎと、入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎとが設けられる場合を例に説明する。そのような構成の場合には、入出力ポート１２１−１〜１２１−ｎのそれぞれと通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれとは、信号線１７０−１〜１７０−ｎを介して接続される。また、入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎのそれぞれとアレイアンテナ１１０におけるアンテナポート１１２−１〜１１２−ｎのそれぞれとは、信号線１７０−１〜１７０−ｎを介して接続される。そして、そのように接続されることによって、アレイアンテナ１１０と給電ネットワーク１２０との間、および給電ネットワーク１２０と通信回路１３０−１〜１３０−ｎとの間での各種信号の送受信が可能になる。
【００２７】
以降の説明では、アレイアンテナ１１０に含まれるｎ個のアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎの各々を区別して説明する必要がない場合には、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎをアンテナ素子１１１と総称する場合がある。また、以降の説明では、アレイアンテナ１１０に設けられるｎ個のアンテナポート１１２−１〜１１２−ｎの各々を区別して説明する必要がない場合には、アンテナポート１１２−１〜１１２−ｎをアンテナポート１１２と総称する場合がある。また、以降の説明では、給電ネットワーク１２０に設けられるｎ個の入出力ポート１２１−１〜１２１−ｎの各々を区別して説明する必要がない場合には、入出力ポート１２１−１〜１２１−ｎを入出力ポート１２１と総称する場合がある。また、以降の説明では、給電ネットワーク１２０に設けられるｎ個の入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎの各々を区別して説明する必要がない場合には、入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎを入出力ポート１２２と総称する場合がある。また、以降の説明では、ｎ個の通信回路１３０−１〜１３０−ｎの各々を区別して説明する必要がない場合には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎを通信回路１３０と総称する場合がある。また、以降の説明では、ｎ個のカプラ１４１−１〜１４１−ｎの各々を区別して説明する必要がない場合には、カプラ１４１−１〜１４１−ｎをカプラ１４１と総称する場合がある。また、以降の説明では、ｎ本の信号線１７０−１〜１７０−ｎの各々を区別して説明する必要がない場合には、信号線１７０−１〜１７０−ｎを信号線１７０と総称する場合がある。
【００２８】
図２は、アレイアンテナ１１０の構成例を示す正面図である。図２に示す例では、アレイアンテナ１１０には、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎと、導体反射板１１３とが含まれる。ここで、互いに隣り合うアンテナ素子１１１の間（例えば、アンテナ素子１１１−１とアンテナ素子１１１−２との間）の距離ｄが、アレイアンテナ１１０が送受信するビームの波長λの１／２になるように、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎの各々は導体反射板１１３に設置される。そのような構成により、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎにおいて電磁界結合が生じるほど、互いに隣り合うアンテナ素子１１１の間の距離ｄが近くないので、アレイアンテナ１１０を用いてビームフォーミングを行う場合に、電磁界結合に起因するアンテナの性能の劣化を防ぐことができる。また、グレーティングローブの影響が生じるほど、互いに隣り合うアンテナ素子１１１の間の距離ｄが遠くないので、アレイアンテナ１１０を用いてビームフォーミングを行う場合、グレーティングローブの影響を抑制することができる。なお、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎは、ダイポールアンテナや、パッチアンテナ、モノポールアンテナ等、電磁波を送受信可能なアンテナ素子であればその種類は限定されない。
【００２９】
図３は、アレイアンテナ１１０の構成の他の第１の例を示す正面図である。図３に示す例のように、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎには、それぞれに任意の数のサブアンテナ素子１１４−１〜１１４−ｍが含まれていてもよい（なお、ｍは、ｍ＝ｎであってもよいし、ｍ≠ｎであってもよい）。ここで、図３に示す例において、後述するように通信回路１３０が出力した信号のサブアンテナ素子１１４−１〜１１４−ｍそれぞれへの分配の方法は、同位相同パワー分配等、特に限定されない。図４は、アレイアンテナ１１０の構成の他の第２の例を示す正面図である。ここで、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎは、図３に示すようにサブアンテナ素子１１４−１〜１１４−ｍが水平面に対して垂直方向に並設されて縦長状に形成されてもよいし、図４に示すようにサブアンテナ素子１１４−１〜１１４−ｍが水平方向に並設されて横長状に形成されてもよい。
【００３０】
図５は、アレイアンテナ１１０の構成の他の第３の例を示す構成図である。図５に示す例のように、アレイアンテナ１１０には、ｎ´個のアンテナ素子１１５−１〜１１５−ｎ´と、サブ給電ネットワーク１１６とが含まれていてもよい。そして、サブ給電ネットワーク１１６には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれから給電ネットワーク１２０を介して信号が入力されるｎ個のアンテナポート１１７−１〜１１７―ｎが設けられてもよい。ここで、アンテナ素子１１５−１〜１１５−ｎ´とサブ給電ネットワーク１１６とは互いに接続されている。サブ給電ネットワーク１１６は、アンテナポート１１７−１〜１１７―ｎのそれぞれに信号が入力された場合に、当該信号のそれぞれを互いに重畳してアンテナ素子１１５−１〜１１５−ｎ´のそれぞれに分配する。なお、図５に示す例では、サブ給電ネットワーク１１６に設けられるアンテナポート１１７−１〜１１７−ｎが、アンテナ素子１１５−１〜１１５−ｎ´のアンテナポートに相当する。また、図５に示す例では、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれは、アンテナ素子１１５−１〜１１５−ｎ´をサブアンテナ素子として共有するように構成されている。そして、ｎ´は、ｎ´＝ｎであってもよいし、ｎ´≠ｎであってもよい。
【００３１】
通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれは、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換したり、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換したりする。例えば、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれは、ＭＩＭＯ処理部１６０から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、当該アナログ信号を、キャリブレーションネットワーク１４０を介してキャリブレーション用通信回路１５０に入力する。また、例えば、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれは、給電ネットワーク１２０から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号をＭＩＭＯ処理部１６０に入力する。
【００３２】
なお、例えば、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれには、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フロントエンドや、Ａ−Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器等が含まれる。ＲＦフロントエンドは、例えば、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）フィルタ等のフィルタや、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スイッチ等のスイッチ、ＭＩＭＯ通信装置１００が送受信する信号を増幅する増幅回路等が含まれる電気回路である。
【００３３】
キャリブレーションネットワーク１４０は、ｎ個のカプラ１４１−１〜１４１−ｎを介して、給電ネットワーク１２０と通信回路１３０との間の信号線１７０−１〜１７０−ｎのそれぞれに接続される。また、キャリブレーションネットワーク１４０は、キャリブレーション用通信回路１５０にも接続される。そのような構成により、キャリブレーションネットワーク１４０は、後述するように、例えば、通信回路１３０−１〜１３０−ｎとキャリブレーション用通信回路１５０との間の各種信号の送受信を中継する。
【００３４】
キャリブレーション用通信回路１５０は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換したり、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換したりする。例えば、キャリブレーション用通信回路１５０は、キャリブレーションネットワーク１４０を介して通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号をＭＩＭＯ処理部１６０に入力する。また、例えば、キャリブレーション用通信回路１５０は、ＭＩＭＯ処理部１６０から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、当該アナログ信号をキャリブレーションネットワーク１４０を介して、通信回路１３０−１〜１３０−ｎに入力する。
【００３５】
ＭＩＭＯ処理部１６０は、ｎ個の通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれに接続される。また、ＭＩＭＯ処理部１６０は、キャリブレーション用通信回路１５０に接続される。そのような構成により、ＭＩＭＯ処理部１６０は、ｎ個の通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれ、およびキャリブレーション用通信回路１５０との間でデジタル信号を送受信することができる。そして、ＭＩＭＯ処理部１６０は、当該デジタル信号を送受信して、ＭＩＭＯ送受信ウェイト処理と、キャリブレーション処理とを行う。なお、ＭＩＭＯ処理部１６０には、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等が含まれる。
【００３６】
ここで、ＭＩＭＯ送受信ウェイト処理とは、ＭＩＭＯ処理部１６０がウェイト行列を算出する処理のことである。ここで、ウェイト行列とは、送信時に通信回路１３０−１〜１３０−ｎがアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに入力する信号、および受信時に給電ネットワーク１２０によって通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれに分配された信号に、それぞれ乗算される行列である。具体的には、例えば受信時には、アレイアンテナ１１０が複数の通信電磁波を受信し、給電ネットワーク１２０によって通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれに当該複数の通信電磁波に基づく信号が分配された場合に、ウェイト行列は、分配後の信号のそれぞれに乗算される。
【００３７】
ＭＩＭＯ送受信ウェイト処理の例についてより詳細に説明する。以降では、ＭＩＭＯ通信装置１００が複数の電磁波を重ね合わせたビームを放射する場合のＭＩＭＯ送受信ウェイト処理について説明する。また、［］内の文字はベクトルを表す。なお簡単のため、ＭＩＭＯ通信装置１００が通信するユーザ端末の数と通信回路１３０の数とが互いに等しいとする。つまり、ＭＩＭＯ通信装置１００が通信するユーザ端末の数と通信回路１３０−１〜１３０−ｎの数とはいずれもｎであるとする。また、以下の説明では、ｔは、ｔｒａｎｓｍｉｔを意味する。また、ｒは、ｒｅｃｅｉｖｅを意味する。
【００３８】
ＭＩＭＯ通信装置１００では、アレイアンテナ１１０が、ｎ個のユーザ端末のそれぞれから送信された予め決められた参照信号ｘi受信する。ここで、あるユーザ端末ｉから送信された参照信号ｘiに基づき、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれに分配され入力される信号をまとめて［ｙｉ］とすると、［ｙｉ］＝ｘｉ×［ｈｉ］と表される。よって、全ての上り方向（ユーザ端末１〜ｎからＭＩＭＯ通信装置１００に向かう方向）の各チャネルに応じたチャネル行列である行列Ｈｕは、ｘｉが既知であるので、Ｈｕ＝｛［ｈ１］，［ｈ２］，・・・，［ｈｎ］｝で求められる。
【００３９】
なお、ユーザ端末１〜ｎのそれぞれが送信した参照信号ｘ１〜ｘｎの全てをまとめてベクトル［ｘ］と表すと、通信回路１３０−１〜１３０−ｎに分配され入力される信号ｙ１〜ｙｎの全てをまとめてベクトル表記した［ｙ］は、［ｙ］＝Ｈｕ［ｘ］で表される。ここで、チャネルに可逆性があると仮定すると、全ての下り方向（ＭＩＭＯ通信装置１００からユーザ端末１〜ｎに向かう方向）の各チャネルに応じたチャネル行列である行列Ｈｄは、Ｈｄ= ＨｕＴ（Ｔが付された行列は、転置行列である。また、Ｈｕは、上り方向のチャネル行列である。また、Ｈｄは、下り方向のチャネル行列である。）となる。なお、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれから出力される全ての信号をまとめてベクトル［ｙｔ］と表すと、ユーザ端末１〜ｎのそれぞれが受信する信号がまとめられた［ｘｒ］は、［ｘｒ］＝Ｈｄ×［ｙｔ］で表される。
【００４０】
ここで、ユーザ端末１〜ｎのそれぞれに送信される情報の全てがまとめてベクトル［Ｓ］と表現された場合には、ベクトル［Ｓ］の要素が混ぜられた（例えば、各ユーザへ送信される信号にそれぞれ係数が乗算された上で加算された）信号が、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれから出力される。ここで、［Ｓ］の要素の混ぜ方を表す行列が、ウェイト行列Ｗである。ビームフォーミングとは、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれから出力される全ての信号［ｙｔ］を、［ｙｔ］＝Ｗ［Ｓ］とすることである。そして、Ｗの各列のベクトル［ｗｉ］が、ある一の信号ｓi(［Ｓ］の要素のうちの一つ)の各通信回路への分配および重みづけを表している。
【００４１】
ここで、ＭＩＭＯ処理部１６０は、例えばＺＦ処理によってウェイト行列を決定する場合に、次のような計算を行って、Ｗを算出する。すなわち、ＭＩＭＯ処理部１６０は、ムーアペンローズの逆行列の考え方に基づき、通信回路１３０の数がユーザ端末の数よりも多い場合には、Ｗ＝ＨｄＨ（ＨｄＨｄＨ）−１と算出する。また、ＭＩＭＯ処理部１６０は、通信回路１３０の数とユーザ端末の数とが同じである場合には、Ｗ＝Ｈｄ−１と算出する。ここで、ＨｄＨは、Ｈｄの随伴行列を表す。また、Ｈｄ−１は、Ｈｄの逆行列を表す。
【００４２】
ユーザ端末１〜ｎのそれぞれにおいて受信される信号がまとめられた信号［ｘｒ］は、［ｘｒ］＝Ｈｄ×［ｙｔ］＝Ｈｄ×Ｗ×［Ｓ］＝ＨｄＨｄ−１×［Ｓ］＝［Ｓ］となる。よって、ユーザ端末１〜ｎのそれぞれに送信された情報が、ユーザ端末１〜ｎによって分離可能であることがわかる。
【００４３】
なお、ＺＦ処理以外にもウェイト行列を算出するアルゴリズムはあるが、ＺＦ処理は処理が簡便であるという特徴を有する。
【００４４】
キャリブレーション処理とは、補正係数を算出する処理をいう。ここで、補正係数は、ウェイト行列が乗算された信号のそれぞれに、ＭＩＭＯ処理部１６０によって乗算される。
【００４５】
キャリブレーション処理の例について、より詳細に説明する。キャリブレーション処理では、例えば、ＭＩＭＯ処理部１６０は、通信回路１３０−ｉ（ｉは、１以上であってｎ以下の自然数）に、キャリブレーションネットワーク１４０を介してキャリブレーション用通信回路１５０に参照信号ｘを入力させる。
【００４６】
すると、キャリブレーション用通信回路１５０に入力された信号ｙ（ｉ−ｃ）は、以下のように表される。
【００４７】
ｙ（ｉ−ｃ）＝ｄｔ（ｉ）×ｈｄｃ（ｉ）×ｃｒ×ｘ・・・式（１）
ここで、ｙ（ｉ−ｃ）における（ｉ−ｃ）は、通信回路１３０−ｉからキャリブレーション用通信回路１５０に入力された信号であることを表す。また、ｄｔ（ｉ）は、参照信号ｘが通信回路１３０−ｉから出力されたときに当該参照信号ｘに生じる信号の変化を示す係数である。ｈｄｃ（ｉ）は、通信回路１３０−ｉとキャリブレーション用通信回路１５０との間の信号路において生じる信号の変化を示す係数である。ｃｒは、キャリブレーション用通信回路１５０に入力された信号が、当該キャリブレーション用通信回路１５０によって受信されるときに生じる信号の変化を示す係数である。
【００４８】
また、キャリブレーション処理で、例えば、ＭＩＭＯ処理部１６０は、キャリブレーション用通信回路１５０に、キャリブレーションネットワーク１４０を介して通信回路１３０−ｉ（ｉは、１以上であってｎ以下の自然数）に参照信号ｘを入力させる。
【００４９】
すると、通信回路１３０−ｉに入力された信号ｙ（ｃ−i）は、以下のように表される。
ｙ（ｃ−ｉ）＝ｃｔ×ｈｃｄ（ｉ）×ｄｒ（ｉ）×ｘ・・・式（２）
【００５０】
ここで、ｙ（ｃ−ｉ）における（ｃ−ｉ）は、キャリブレーション用通信回路１５０から通信回路１３０−ｉに入力された信号であることを表す。ｃｔは、参照信号ｘがキャリブレーション用通信回路１５０から出力されたときに当該参照信号ｘに生じる信号の変化を示す係数である。ｈｃｄ（ｉ）は、キャリブレーション用通信回路１５０と通信回路１３０−ｉとの間の信号路において生じる信号の変化を示す係数である。ｄｒ（ｉ）は、通信回路１３０−ｉに入力された信号が、当該通信回路１３０−ｉによって受信されるときに生じる信号の変化を示す係数である。
【００５１】
そして、ＭＩＭＯ処理部１６０は、前述した式（１）および式（２）に基づいて、補正係数を算出する。
【００５２】
ここで、通信回路１３０−ｉとキャリブレーション用通信回路１５０との間の信号路では、送信信号と受信信号との間に可逆性が成立するので、ｈｄｃ（ｉ）＝ｈｃｄ（ｉ）の関係式が成り立つ。しかし、通信回路１３０−ｉおよびキャリブレーション用通信回路１５０では、信号を受信する処理と送信する処理とが別個に行われているので、送信信号と受信信号との間に可逆性が成立しない。よって、ｄｔ（ｉ）とｄｒ（ｉ）とは、ｄｔ（ｉ）≠ｄｒ（ｉ）となる。また、ｃｔとｃｒとは、ｃｔ≠ｃｒとなる。
【００５３】
なお、アレイアンテナ１１０が用いられて、通信相手と信号を送受信する場合にも、ｄｔ（ｉ）≠ｄｒ（ｉ）の関係式は成立する。具体的には、ＭＩＭＯ通信装置１００は、複数のユーザ端末に信号を送信する場合に、送信先のユーザ端末から事前に送信された参照信号に基づき、上り方向のチャネルにおける各信号変化係数を推定する。また、ＭＩＭＯ通信装置１００は、上り方向のチャネルと下り方向のチャネルとの間に可逆性が成り立つとして、上り方向のチャネルにおける各信号変化係数から下り方向のチャネルにおける各信号変化係数を求める。そして、ＭＩＭＯ通信装置１００は、求めた下り方向のチャネルにおける各信号変化係数に基づいて、前述したＭＩＭＯ送受信ウェイト処理を行う。しかし、前述したように、ｄｔ（ｉ）≠ｄｒ（ｉ）であるので、ＭＩＭＯ通信装置１００がユーザ端末と送受信する信号に可逆性が成り立たない。そこで、ＭＩＭＯ通信装置１００は、キャリブレーション処理を行って通信回路１３０−１〜１３０−ｎに入力される信号を補正する。
【００５４】
キャリブレーション処理は、前述のｙ（ｉ−ｃ）およびｙ（ｃ−ｉ）が用いられて行われる。具体的には、キャリブレーション処理は、ｙ（ｃ−ｉ）に対するｙ（ｉ−ｃ）の比である、ｚ（ｉ）＝ｙ（ｃ−ｉ）／ｙ（ｉ−ｃ）、すなわち、ｚ（ｉ）＝（ｃｔ×ｄｒ（ｉ））／（ｄｔ（ｉ）×ｃｒ）が用いられて行われる。
【００５５】
まず、通信回路１３０−１〜１３０−ｎから参照される一の通信回路１３０が決定される。以降では、参照される通信回路１３０が、通信回路１３０−１であるとして説明する。次に補正係数ｃａｌ（ｉ）＝ｚ（ｉ）／ｚ（１）、すなわち、ｃａｌ（ｉ）＝（ｄｒ（ｉ）×ｄｔ（１））／（ｄｔ（ｉ）×ｄｒ（１））が算出される。そして、ＭＩＭＯ送受信ウェイト処理が施された信号ｙｔ（ｉ）に当該補正係数ｃａｌ（ｉ）を乗算することで、各通信回路１３０から出力される信号ｙ´（ｉ）は、ｙ´（ｉ）＝ｃａｌ（ｉ）×ｙｔ（ｉ）となる。以上のように、通信回路１３０の各送受信間の信号比を、参照される一の通信回路１３０の送受信間の信号比と一致させ、通信回路１３０間の相対的なズレがなくなるように、キャリブレーション処理が行われる。なお、以降の説明では、ウェイト行列および補正係数が乗算された信号をキャリブレーション処理後の信号という場合がある。
【００５６】
ウェイト処理及びキャリブレーション処理後の信号は、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれから、給電ネットワーク１２０に設けられた入出力ポート１２１−１〜１２１−ｎのそれぞれを介してネットワーク回路部１２３に入力される。また、ネットワーク回路部１２３においては、入力された信号のそれぞれに対して、デジタル処理が含まれない離散フーリエ変換または逆変換処理が行われることに相当する分配がなされる。そして、ネットワーク回路部１２３は、アレイアンテナ１１０に含まれるアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに、給電ネットワーク１２０に設けられた入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎのそれぞれを介して、前述のように分配された信号を伝達する。具体的には、例えば、ネットワーク回路部１２３は、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに、第１の入出力ポート１２１−１を介して入力された信号を、ある定まった位相関係かつ同様な出力レベルの信号になるように分配する。また、例えば、ネットワーク回路部１２３は、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに、第１の入出力ポート１２１−２を介して入力された信号を、別のある定まった位相関係かつ同様な出力レベルの信号になるように分配する。なお、ネットワーク回路部１２３は、第１の入出力ポート１２１−３〜１２１−ｎを介して入力された信号についても、同様にアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに分配する。ここで、入出力ポート１２１−ａを介して入力された信号が各入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎに出力された際の、隣り合う各入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎにおける信号の位相差δａは、入出力ポート１２１−ｂを介して入力された信号が各入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎに出力された際の、隣り合う各入出力ポート１２２−１〜１２２−ｎにおける信号の位相差δｂと異なる。なお、ａおよびｂは、互いに異なるｎ以下の任意の自然数である。なお、ネットワーク回路部１２３は、例えば、バトラーマトリックスや、ブラスマトリックス、ロットマンレンズ等を実現する回路網である。
【００５７】
図６は、アレイアンテナ１１０と、給電ネットワーク１２０と、通信回路１３０との接続例を示す構成図である。図６に示す例では、４個のアンテナ素子１１１−１〜１１１−４が含まれるアレイアンテナ１１０と、４個の通信回路１３０−１〜１３０−４が接続された給電ネットワーク１２０とが互いに接続されている。
【００５８】
図６に示す例では、ネットワーク回路部１２３は、アンテナ素子１１１−１〜１１１−４のそれぞれに、給電ネットワーク１２０に設けられた４個の入出力ポート１２１−１〜１２１−４を介して入力されたウェイト処理及びキャリブレーション処理後の信号を分配する。具体的には、例えば、ネットワーク回路部１２３は、入出力ポート１２１−１を介して通信回路１３０−１からウェイト処理及びキャリブレーション処理後の信号が入力された場合には、当該信号を、入出力ポート１２２−１〜１２２−４を介してアンテナ素子１１１−１〜１１１−４のそれぞれに分配する。また、例えば、ネットワーク回路部１２３は、入出力ポート１２１−２を介して通信回路１３０−２からウェイト処理及びキャリブレーション処理後の信号が入力された場合には、当該信号を、入出力ポート１２２−１〜１２２−４を介してアンテナ素子１１１−１〜１１１−４のそれぞれに分配する。そして、例えば、ネットワーク回路部１２３は、入出力ポート１２１−３を介して通信回路１３０−３からウェイト処理及びキャリブレーション処理後の信号が入力された場合には、当該信号を、入出力ポート１２２−１〜１２２−４を介してアンテナ素子１１１−１〜１１１−４のそれぞれに分配する。例えば、ネットワーク回路部１２３は、入出力ポート１２１−４を介して通信回路１３０−４からウェイト処理及びキャリブレーション処理後の信号が入力された場合には、当該信号を、入出力ポート１２２−１〜１２２−４を介してアンテナ素子１１１−１〜１１１−４のそれぞれに分配する。
【００５９】
ネットワーク回路部１２３によって分配された信号のそれぞれは、アンテナ素子１１１−１〜１１１−４から複数の電磁波として放射される。そして、当該複数の電磁波は、互いに重なり合ってビームになる。なお、ネットワーク回路部１２３の信号の分配によって、複数のビームが形成される場合がある。ここで、当該ビームのそれぞれは、ネットワーク回路部１２３の分配によるアンテナ素子間の信号の位相差が入出力ポート１２１−１〜１２１−４のそれぞれで異なることから、異なる所定の方向の領域に強く放射される。なお、当該ビームのそれぞれが強く放射される方向は、ネットワーク回路部１２３における前述の分配が一定の比率で行われるので、一定である。ここで、ネットワーク回路部１２３による信号の分配によってアンテナ素子１１１−１〜１１１−４から放射された電磁波が互いに重なり合い形成されたビームを固定ビームと呼称する。図６に示す例では、固定ビーム１８０−１〜１８０−４に示す方向のそれぞれに、ビームが強く放射される。
【００６０】
固定ビーム１８０−１は、通信回路１３０−１から出力されネットワーク回路部１２３によってアンテナ素子１１１−１〜１１１−４に分配された信号のそれぞれに基づいて、アンテナ素子１１１−１〜１１１−４から放射された電磁波が混合したビームである。また、固定ビーム１８０−２は、通信回路１３０−２から出力されネットワーク回路部１２３によってアンテナ素子１１１−１〜１１１−４に分配された信号のそれぞれに基づいて、アンテナ素子１１１−１〜１１１−４から放射された電磁波が混合したビームである。固定ビーム１８０−３は、通信回路１３０−３から出力されネットワーク回路部１２３によってアンテナ素子１１１−１〜１１１−４に分配された信号のそれぞれに基づいて、アンテナ素子１１１−１〜１１１−４から放射された電磁波が混合したビームである。固定ビーム１８０−４は、通信回路１３０−４から出力されネットワーク回路部１２３によってアンテナ素子１１１−１〜１１１−４に分配された信号のそれぞれに基づいて、アンテナ素子１１１−１〜１１１−４から放射された電磁波が混合したビームである。そして、固定ビーム１８０−１〜１８０−４は、ＭＩＭＯ処理部１６０におけるウェイト処理により、さらに互いに重なり合って、一の信号に対応して一の指向性を有する電磁波（以下、「合成ビーム」と記載する。）を形成し、一のユーザ端末によって受信される。
【００６１】
なお、固定ビーム１８０−１〜１８０−４それぞれの強く放射される方向における信号強度は、アレイアンテナ１１０においてアンテナ素子１１１−１〜１１１−４が等間隔に設置されている場合に、最も強くなる。その理由は、アンテナ素子１１１−１〜１１１−４から放射される電磁波が、各固定ビーム１８０−１〜１８０−４の強く放射される方向それぞれにおいて、同様の位相で重なり合うからである。
【００６２】
図７は、固定ビーム１８０−１〜１８０−４の各方向における信号強度の例を示す説明図である。図７には、固定ビーム１８０−１の信号強度が実線で示され、固定ビーム１８０−２の信号強度が点線で示され、固定ビーム１８０−３の信号強度が破線で示され、固定ビーム１８０−４の信号強度が一点鎖線で示されている。なお、アレイアンテナ１１０におけるアンテナ素子１１１それぞれの間の距離ｄに応じて、各アンテナ素子１１１−１〜１１１−４から放射される固定ビーム１８０−１〜１８０−４それぞれの放射角度が適切に調整されていた場合には、図７に示すように、所定の指向角度において、一の固定ビームに対して他の固定ビームによる干渉がなくなる。具体的には、例えば、指向角度が−５０°付近の方向では、固定ビーム１８０−１に対して固定ビーム１８０−２〜１８０−４による干渉がなくなる。また、例えば、指向角度が−１５°付近の方向では、固定ビーム１８０−２に対して固定ビーム１８０−１および１８０−３〜１８０−４による干渉がなくなる。そして、例えば、指向角度が１５°付近の方向では、固定ビーム１８０−３に対して固定ビーム１８０−１〜１８０−２および１８０−４による干渉がなくなる。例えば、指向角度が５０°付近の方向では、固定ビーム１８０−４に対して固定ビーム１８０−１〜１８０−３による干渉がなくなる。
【００６３】
ここで、例えば、一のユーザ端末が固定ビーム１８０−１の強度が強くなる方向（指向角度が−５０°の方向）にある場合には、ＭＩＭＯ通信装置１００では、一のユーザ端末に向けた信号に対応する合成ビームに含まれる固定ビーム１８０−１の成分が固定ビーム１８０−２〜１８０−４の成分よりも多くなるように、送受信ウェイトがウェイト処理によって算出されることになる。具体的には、本例では、ＭＩＭＯ通信装置１００は、一のユーザ端末に向けた信号の内、通信回路１３０−１から出力される信号の強度が、通信回路１３０−２〜１３０−４から出力される信号の強度よりも強くなることになる。
【００６４】
ここで、ＭＩＭＯ処理部１６０によるキャリブレーション処理に誤差が生じた場合には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれから出力されるキャリブレーション処理後の信号間に、相対的な誤差が生じる。ここで、図２９に示す構成において、ＭＩＭＯ処理部１６０によるＭＩＭＯ送受信ウェイト処理が行われた場合、一のユーザ端末に向けた信号のビームには、アンテナ素子９１０−１〜アンテナ素子９１０−ｎから出される電磁波の成分が、ほぼ均等に含まれる。つまり、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれから出力されるキャリブレーション処理の誤差による相対的な誤差が生じた複数の信号が、ほぼ同比率で重ね合わされるので、ビームには大きな誤差が生じる。なお、当該複数の信号のそれぞれは、一のユーザ端末に向けて出力された信号である。
【００６５】
それに対して、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００は、ウェイト処理の結果、一のユーザ端末に向けた信号に対応する合成ビームに、信号強度の強い方向が一のユーザ端末がある方向と合致する一の固定ビームの成分が他の固定ビームの成分よりも多く含まれるように構成されることになる。つまり、通信回路１３０−１〜１３０−ｎそれぞれから出力される一のユーザ端末に向けた誤差を含む信号のうち、前述の一の固定ビームに対応する一の通信回路から出力された信号の強度が、他の通信回路から出力された信号の強度に比べて強くなる。よって、相対的な誤差を含む複数の固定ビームを同比率で重ね合わせる必要がなくなり、ほぼ単一の固定ビームにより一のユーザ端末と通信することになるので、キャリブレーション処理の誤差による相対的な信号間の誤差の影響は小さくなる。したがって、ＭＩＭＯ処理部１６０によるキャリブレーション処理で誤差が生じても、その影響を最小限にすることができる。
【００６６】
なお、例えば、アレイアンテナ１１０が他の通信装置（図示せず）から通信電磁波を受信した場合には、当該通信電磁波に基づく信号が、ネットワーク回路部１２３によって給電ネットワーク１２０に設けられた入出力ポート１２１−１〜１２１−ｎを介して、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれに分配される。
【００６７】
ここで、アレイアンテナ１１０および給電ネットワーク１２０におけるビームの送受信に関する前述の動作は、ネットワーク回路部１２３がアナログでパッシブに固定のアンテナウェイト処理を行っていることに相当する。ここで、アナログとは、デジタル処理がなされないことを意味する。また、パッシブとは、ネットワーク回路部１２３にアナログの増幅器等の能動素子が含まれていないことを意味する。固定とは、ネットワーク回路部１２３が信号の分配を行うときに、一定の分配比のアンテナウェイト処理をしていることを意味している。
【００６８】
この給電ネットワーク１２０における信号の合成および分配は、通信回路１３０の数に相当するｎ個の信号に対するものである。このようなｎ個の信号に対する合成および分配と同等のデジタル信号処理は、通常、ＭＩＭＯ処理部１６０及びｎ個の通信回路１３０で行われる。それに対して、本発明においては、当該デジタル信号処理に相当する合成および分配が、給電ネットワーク１２０においてアナログ信号に対して行われる。そのような構成により、デジタル処理における誤差要因であるキャリブレーション処理における誤差による通信回路１３０間の相対誤差の影響を、合成ビームに含まれる誤差を含んだ各固定ビームの比率の違いにより少なくすることができる。
【００６９】
次に、ＭＩＭＯ通信装置１００の動作について、図面を参照して説明する。図８は、ＭＩＭＯ通信装置１００が合成ビームをユーザ端末に送信するための処理を示すフローチャートである。
【００７０】
ＭＩＭＯ処理部１６０は、キャリブレーション処理を行い、補正係数を算出する（ステップＳ１０１）。また、ＭＩＭＯ処理部１６０は、前述のようにウェイト行列を乗算した信号のそれぞれに、当該補正係数を乗算する（ステップＳ１０２）。そして、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれは、補正係数を乗算した信号のそれぞれを、給電ネットワーク１２０に含まれるネットワーク回路部１２３に入力する（ステップＳ１０３）。
【００７１】
ネットワーク回路部１２３では、通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力された信号のそれぞれに、アンテナウェイト処理に相当する処理が行われる。そして、ネットワーク回路部１２３は、アンテナウェイト処理を行った信号のそれぞれを、アレイアンテナ１１０に含まれるアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに分配する（ステップＳ１０４）。
【００７２】
すると、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれが、分配された信号に基づく固定ビームを放射する。当該固定ビームのそれぞれは、互いに重なり合って合成ビームを形成し、一のユーザ端末によって受信される。
【００７３】
以上のように、本実施形態によれば、ＭＩＭＯ処理部１６０は、一のユーザ端末に向けた信号に対応する合成ビームに、信号強度の強い方向がユーザ端末がある方向に合致する一の固定ビームの成分が最も多く含まれるようウェイトを算出する。そして、ＭＩＭＯ処理部１６０は、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれがアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎに入力する信号のそれぞれに、当該ウェイトを乗算する。それによって、通信回路１３０−１〜１３０−ｎの内、一の固定ビームに対応するある一つの通信回路から、一のユーザ端末に向けた信号が特に強く出力される。そのような構成により、ＭＩＭＯ処理部１６０によるキャリブレーション処理に誤差が生じた場合に、誤差の生じた複数の固定ビームが同比率で重なり合った合成ビームが形成されない。よって、ＭＩＭＯ処理部１６０によるキャリブレーション処理に誤差があっても、その影響を最小限にすることができる。
【００７４】
したがって、本実施形態によれば、通信性能の低下を防ぐことができる。
【００７５】
ここで、図９は、ＭＩＭＯ通信装置１００の構成の他の第１の例を示すブロック図である。本実施形態において、ＭＩＭＯ通信装置１００には、図９に示す例のように、ＭＩＭＯ処理部１６０の代わりに、キャリブレーション処理部１６１と、ＢＢ（ＢａｓｅＢａｎｄ）処理部１６２とが含まれてもよい。なお、ここでは、ＭＩＭＯ通信装置１００におけるＢＢ処理部１６２を除く構成をアンテナ装置と呼ぶ。
【００７６】
キャリブレーション処理部１６１は、キャリブレーション処理を行う。すなわち、キャリブレーション処理部１６１は、信号に乗算される補正係数を算出する。
【００７７】
ＢＢ処理部１６２は、ＭＩＭＯ処理部１６０が行う処理のうちキャリブレーション処理以外の処理を行う。例えば、ＢＢ処理部１６２は、ＭＩＭＯ送受信ウェイト処理等を行う。
【００７８】
なお、キャリブレーション処理部１６１とＢＢ処理部１６２とがＣＰＲＩ（Ｃｏｍｍｏｎ  Ｐｕｂｌｉｃ  Ｒａｄｉｏ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１６３等のインタフェースを介して互いに接続されて、ＢＢ処理部１６２がＭＩＭＯ通信装置１００の外部に設置されてもよい。そして、ＭＩＭＯ通信装置１００に複数のアンテナ装置が含まれる場合には、各アンテナ装置に含まれるキャリブレーション処理部１６１のそれぞれと、ＢＢ処理部１６２とが互いに接続されてもよい。そのように構成された場合には、各アンテナ装置における各種処理がＢＢ処理部１６２で行われるので、各アンテナ装置間の連携動作を容易に行うことができるようになる。
【００７９】
図１０は、ＭＩＭＯ通信装置１００の構成の他の第２の例を示すブロック図である。本実施形態において、ＭＩＭＯ通信装置１００は、通信回路１３０のそれぞれの性能の個体差が十分に小さい場合には、図１０に示す例のように、キャリブレーションネットワーク１４０と、キャリブレーション用通信回路１５０とが含まれていなくてもよい。この場合には、ウェイト処理によって、通信回路１３０−１〜１３０−ｎのうち、ある一のユーザ端末の方向に強く放射される一の固定ビームに対応した一の通信回路から、当該ある一のユーザ端末に向けた信号が特に強い強度で出力されることになるという前述の構成により、通信回路１３０間の性能個体差に起因するＭＩＭＯ通信装置１００の通信性能の低下も抑えることができる。
【００８０】
図１１は、ＭＩＭＯ通信装置１００の構成の他の第３の例を示すブロック図である。本実施形態において、キャリブレーションネットワーク１４０は、図１１に示すようにカプラ１４１を介して、アレイアンテナ１１０と給電ネットワーク１２０との間の信号線のそれぞれに接続されてもよい。
【００８１】
図１２は、ＭＩＭＯ通信装置１００の構成の他の第４の例を示すブロック図である。本実施形態において、キャリブレーション用通信回路１５０は、図１２に示すように、カプラ１４１を介して、アレイアンテナ１１０と給電ネットワーク１２０との間の信号線のそれぞれに接続されてもよい。
【００８２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態のＭＩＭＯ通信装置２００について図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置２００の構成例を示すブロック図である。
【００８３】
図１３に示すように、第２の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置２００は、給電ネットワーク１２０の代わりに、給電ネットワーク２２０が含まれる点で、第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００と異なる。本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置２００のその他の構成は、図１に示す第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００の構成と同様であるので、対応する要素には図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
ここで、図６に示す第１の実施形態の例において、例えば、一のユーザ端末が固定ビーム１８０−１と固定ビーム１８０−２との間の方向にある場合には、ＭＩＭＯ処理部１６０は、次のようにＭＩＭＯ送受信ウェイト処理を行う。具体的には、ＭＩＭＯ処理部１６０は、一のユーザ端末に向けた信号の合成ビームに固定ビーム１８０−１〜１８０−２の成分が同量含まれるように、且つ合成ビームに含まれる固定ビーム１８０−１〜１８０−２の成分が固定ビーム１８０−３〜１８０−４の成分よりも多くなるように、ＭＩＭＯ送受信ウェイト処理を行う。よって、キャリブレーション処理に誤差が生じた場合には、キャリブレーション処理の誤差によって誤差が生じた複数の固定ビーム（本例では、固定ビーム１８０−１および１８０−２）が同比率で重ね合わされる。したがって、合成ビームは、キャリブレーション処理の誤差の影響を受けてしまう。
【００８５】
本実施形態における給電ネットワーク２２０には、図１３に示すように、ネットワーク回路部２２１とネットワーク回路部２２２とが含まれる。なお、ネットワーク回路部２２１とネットワーク回路部２２２とにおいては、互いに異なるアンテナウェイト処理がなされるように、信号の合成および分配が行われる。また、給電ネットワーク２２０には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎ側にｎ個のスイッチ２２３−１〜２２３−ｎが含まれる。また、給電ネットワーク２２０には、アレイアンテナ１１０側にｎ個のスイッチ２２４−１〜２２４−ｎが含まれる。スイッチ２２３−１〜２２３−ｎは、通信回路１３０−１〜１３０−ｎの接続先を、ネットワーク回路部２２１とネットワーク回路部２２２との間で相互に切り替え可能なスイッチである。スイッチ２２４−１〜２２４−ｎは、アンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎの接続先を、ネットワーク回路部２２１とネットワーク回路部２２２との間で相互に切り替え可能なスイッチである。なお、ネットワーク回路部２２１およびネットワーク回路部２２２は、例えば、バトラーマトリックスや、ブラスマトリックス、ロットマンレンズ等を実現する回路網である。
【００８６】
ここで、ネットワーク回路部２２１が通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力された信号をアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに分配する場合と、ネットワーク回路部２２２が通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力された信号をアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに分配する場合とで、アレイアンテナ１１０が放射する固定ビームの信号強度が強くなる方向が異なる。具体的には、ネットワーク回路部２２１が信号を分配した場合にアレイアンテナ１１０が放射する固定ビームの信号強度が強くなる方向と、ネットワーク回路部２２２が信号を分配した場合にアレイアンテナ１１０が放射する固定ビームの信号強度が強くなる方向とは異なる。その理由は、ネットワーク回路部２２１およびネットワーク回路部２２２のそれぞれにおいて、異なる分配比のアンテナウェイト処理がなされるように、信号が分配されるからである。
【００８７】
図１４は、ネットワーク回路部２２１が通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力された信号をアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに分配した場合に、アレイアンテナ１１０が放射した４つの固定ビーム１９０−１〜１９０−４の各方向に対する信号強度の例を示す説明図である。また、図１５は、ネットワーク回路部２２２が通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力された信号をアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれに分配した場合に、アレイアンテナ１１０が放射した４つの固定ビーム１９０−１〜１９０−４の各方向に対する信号強度の例を示す説明図である。ここで、図１４および図１５の説明図において、固定ビーム１９０−１の信号強度が実線で示され、固定ビーム１９０−２の信号強度が点線で示され、固定ビーム１９０−３の信号強度が破線で示され、固定ビーム１９０−４の信号強度が一点鎖線で示されている。
【００８８】
図１４に示す例では、固定ビーム１９０−１の信号強度が最も強い方向と固定ビーム１９０−４の信号強度が最も強い方向との間の方向が、−６０°付近の方向になっている。それに対して、図１５に示す例では、固定ビーム１９０−１の信号強度が最も強い方向が、−６０°付近の方向になっている。よって、図１４および図１５に示す例からも分かるように、アレイアンテナ１１０が放射した固定ビームの信号強度が強くなる方向は、ネットワーク回路部２２１が信号をアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎに分配した場合と、ネットワーク回路部２２２が信号をアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎ分配した場合とで異なる。
【００８９】
そのような特性を利用して、給電ネットワーク２２０は、ユーザ端末がある方向に応じて、スイッチ２２３およびスイッチ２２４の導通方向を制御して、通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力される信号のアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎへの分配を、ネットワーク回路部２２１およびネットワーク回路部２２２のいずれで行うのかを決定する。
【００９０】
ここで、図１４および図１５に示す例において、ユーザ端末が−６０°の方向にある場合には、給電ネットワーク２２０は、スイッチ２２３−１〜２２３−ｎおよびスイッチ２２４−１〜２２４−ｎの導通方向を制御して、通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力された信号のアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれへの分配をネットワーク回路部２２２に行わせる。その理由は、次の通りである。
【００９１】
本例において、ネットワーク回路部２２１を用いる場合には、合成ビームには、複数の固定ビームの成分（本例では、固定ビーム１９０−１の成分および固定ビーム１９０−２の成分）が同量含まれる。よって、ＭＩＭＯ処理部１６０によるキャリブレーション処理に誤差が生じた場合には、誤差の生じた複数の固定ビームが同比率で重ね合わされるので、合成ビームに大きな誤差が含まれる。したがって、ＭＩＭＯ通信装置２００の通信性能が低下する。
【００９２】
それに対して、本例において、ネットワーク回路部２２２を用いる場合には、合成ビームには、信号強度が強くなる方向がユーザ端末がある方向に合致する一の固定ビーム（本例では、固定ビーム１９０−１）の成分が最も多く含まれる。よって、ＭＩＭＯ処理部１６０によるキャリブレーション処理に誤差が生じた場合であっても、誤差の生じた複数の固定ビームが同比率で重ね合わされない。よって、キャリブレーション処理の誤差の影響を最小限に抑えることができる。したがって、ＭＩＭＯ通信装置２００の通信性能の低下を防ぐことができる。そこで、本例では、給電ネットワーク２２０は、通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力される信号のアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎのそれぞれへの分配をネットワーク回路部２２２に行わせる。
【００９３】
以上のように、本実施形態によれば、ＭＩＭＯ通信装置２００は、ユーザ端末がある方向に応じて、スイッチ２２３−１〜２２３−ｎおよびスイッチ２２４−１〜２２４−ｎの導通方向を制御する。そして、ＭＩＭＯ通信装置２００は、通信回路１３０−１〜１３０−ｎから入力される信号のアンテナ素子１１１−１〜１１１−ｎへの各分配を、ネットワーク回路部２２１又は２２２のいずれで行うかを決定する。よって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、ユーザ端末の方向に拘らず通信性能の低下を防ぐことができる。
【００９４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態のＭＩＭＯ通信装置３００について図面を参照して説明する。図１６は、第３の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置３００の構成例を示すブロック図である。
【００９５】
第３の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置３００は、図１６に示すように、アレイアンテナ１１０の代わりにアレイアンテナ３１０が含まれる点、給電ネットワーク１２０の代わりに給電ネットワーク３２０が含まれる点で、第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００と異なる。本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置３００のその他の構成は、図１に示す第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００の構成と同様であるので、対応する要素には図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図１７は、アレイアンテナ３１０の構成例を示す正面図である。図１７に示すように、アレイアンテナ３１０には、ｍ個の２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍと、導体反射板３１４とが含まれる。そして、２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍのそれぞれには、一のアンテナ素子３１２と、一のアンテナ素子３１３とが含まれる。なお、２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍのそれぞれに含まれるアンテナ素子３１２−１〜３１２−ｍは、それぞれ一の偏波に対応している。また、２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍのそれぞれに含まれるアンテナ素子３１３−１〜３１３−ｍは、それぞれ他の一の偏波に対応している。そして、互いに隣り合う２偏波アンテナ３１１の間（例えば、２偏波アンテナ３１１−１と２偏波アンテナ３１１−２との間）の距離ｄが、アレイアンテナ３１０が送受信するビームの波長λの１／２になるように、２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍは、導体反射板３１４に設置されている。なお、本実施形態において、ｍとｎとの間には、ｎ＝ｍ×２の関係式が成り立つ。
【００９７】
図１６に示すように、給電ネットワーク３２０には、ネットワーク回路部３２１−１と、ネットワーク回路部３２１−２とが含まれる。
【００９８】
ここで、ネットワーク回路部３２１−１には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎ側に入出力端子であるｍ個の入出力ポート３２２−１〜３２２−ｍが設けられてもよい。また、ネットワーク回路部３２１−１には、アレイアンテナ３１０側に入出力端子であるｍ個の入出力ポート３２３−１〜３２３−ｍが設けられてもよい。
【００９９】
そして、ネットワーク回路部３２１−２には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎ側に入出力端子であるｍ個の入出力ポート３２４−１〜３２４−ｍが設けられてもよい。ネットワーク回路部３２１−２には、アレイアンテナ３１０側に入出力端子であるｍ個の入出力ポート３２５−１〜３２５−ｍが設けられてもよい。以降では、ネットワーク回路部３２１−１に入出力ポート３２２−１〜３２２−ｍと入出力ポート３２３−１〜３２３−ｍとが設けられ、ネットワーク回路部３２１−２に入出力ポート３２４−１〜３２４−ｍと入出力ポート３２５−１〜３２５−ｍとが設けられた場合を例に説明する。
【０１００】
そのように構成された場合には、入出力ポート３２２−１〜３２２−ｍのそれぞれは、ｍ個の信号線を介して、ｍ個の通信回路１３０のそれぞれに接続される。また、入出力ポート３２３−１〜３２３−ｍは、ｍ個の信号線を介して、２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍに含まれるアンテナ素子３１２−１〜３１２−ｍのそれぞれに接続される。そして、入出力ポート３２４−１〜３２４−ｍのそれぞれは、他のｍ個の信号線を介して、他のｍ個の通信回路１３０のそれぞれに接続される。入出力ポート３２５−１〜３２５−ｍは、他のｍ個の信号線１７０を介して、２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍに含まれるアンテナ素子３１３−１〜３１３−ｍのそれぞれに接続される。
【０１０１】
ネットワーク回路部３２１−１は、入出力ポート３２２−１〜３２２−ｍを介して、ｍ個の通信回路１３０のそれぞれから信号が入力された場合に、当該信号のそれぞれをアンテナ素子３１２−１〜３１２−ｍのそれぞれに入力する。また、ネットワーク回路部３２１−２は、入出力ポート３２４−１〜３２４−ｍを介して、他のｍ個の通信回路１３０のそれぞれから信号が入力された場合に、当該信号のそれぞれをアンテナ素子３１３−１〜３１３−ｍのそれぞれに入力する。
【０１０２】
そのような構成により、アンテナ素子３１２−１〜３１２−ｍから一の偏波に対応したｍ個の固定ビームが放射される。また、アンテナ素子３１３−１〜３１３−ｍから、他の一の偏波に対応したｍ個の固定ビームが放射される。すなわち、アレイアンテナ３１０から、一の偏波に対応したｍ個の固定ビームと、他の一の偏波に対応したｍ個の固定ビームとが放射される。よって、ＭＩＭＯ通信装置３００は、２偏波に対応できる。
【０１０３】
したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、２偏波に対応できるという効果を奏する。
【０１０４】
ここで、図１８は、アレイアンテナ３１０の構成の他の第１の例を示す正面図である。本実施形態において、２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍのそれぞれには、図１８に示すように、アンテナ素子３１２とアンテナ素子３１３とが任意の数（ｉ個）含まれてもよい。なお、ｉは、任意の自然数である。
【０１０５】
図１９は、アレイアンテナ３１０の構成の他の第２の例を示す正面図である。本実施形態において、アンテナ素子３１２−１〜３１２−ｍ、およびアンテナ素子３１３−１〜３１３−ｍは、それぞれ互いに異なる種類のアンテナ素子であってもよい。具体的には、例えば、アンテナ素子３１２−１〜３１２−ｍのそれぞれがパッチアンテナであって、アンテナ素子３１３−１〜３１３−ｍのそれぞれがモノポールアンテナであってもよい。また、図１９に示すように、アレイアンテナ３１０には、一のアンテナ素子３１２と一のアンテナ素子３１３とが含まれる２偏波アンテナ３１１−１〜３１１−ｍが含まれていなくてもよい。そして、図１９に示すように。アレイアンテナ３１０には、アンテナ素子３１２−１〜３１２−ｍとアンテナ素子３１３−１〜３１３−ｍとが、任意の数（ｊ個）含まれてもよい。なお、ｊは、任意の自然数である。
【０１０６】
なお、図１７〜１９に示す例において、アレイアンテナ３１０は、アンテナ素子３１２とアンテナ素子３１３とをそれぞれ同数含んだが、必ずしも同数含まなくてもよい。この場合には、アレイアンテナ３１０には、例えば、ａ個のアンテナ素子３１２と、ｎ−ａ個のアンテナ素子３１３とが含まれる（なお、ａは、ａ≠ｎ−ａとなる任意の自然数である）。
【０１０７】
そして、この場合には、ネットワーク回路部３２１−１には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎ側にａ個の入出力ポートが設けられる。また、ネットワーク回路部３２１−１には、アレイアンテナ３１０側にａ個の入出力ポートが設けられる。そして、ネットワーク回路部３２１−２には、通信回路１３０−１〜１３０−ｎ側にｎ−ａ個の入出力ポートが設けられる。また、ネットワーク回路部３２１−２には、アレイアンテナ３１０側にｎ−ａ個の入出力ポートが設けられる。
【０１０８】
なお、本例では、一の２偏波アンテナ３１１に一のアンテナ素子３１２と一のアンテナ素子３１３とが含まれるとして説明したが、一の２偏波アンテナ３１１に、アンテナ素子３１２とアンテナ素子３１３とは異なる偏波に対応したアンテナ素子が更に含まれていてもよい。そのように構成された場合に、ＭＩＭＯ通信装置３００は、３偏波以上に対応することができる。つまり、ＭＩＭＯ通信装置３００は、複数の偏波に対応することができる。
【０１０９】
（第４の実施形態）
第４の実施形態のＭＩＭＯ通信装置４００について図面を参照して説明する。図２０は、第４の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置４００の構成例を示すブロック図である。
【０１１０】
第４の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置４００は、アレイアンテナ１１０の代わりにアレイアンテナ４１０が含まれる点、給電ネットワーク１２０の代わりに給電ネットワーク４２０が含まれる点で、第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００と異なる。本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置４００のその他の構成は、図１に示す第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００の構成と同様であるので、対応する要素には図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【０１１１】
図２１は、アレイアンテナ４１０の構成例を示す正面図である。図２１に示すように、アレイアンテナ４１０には、ｎ（ｎ＝Ｌ×ｋ）個のアンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌと、導体反射板４１２とが含まれる。ここで、図２１に示すように、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌは、矩形状の領域内に所定の間隔で縦横方向に並設されている。本例では、縦方向にｋ個、横方向にＬ個のアンテナ素子４１１が並設されている。なお、当該領域は、横方向が縦方向よりも長いとする。また、互いに隣り合うアンテナ素子４１１の間の縦方向の距離ｄ１および横方向の距離ｄ２が、アレイアンテナ４１０が送受信するビームの波長λの１／２になるように、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１―ｋ−Ｌのそれぞれは導体反射板４１２に設置される。なお、本実施形態において、変数ｋと、Ｌと、ｎとの間には、ｎ＝Ｌ×ｋという関係が成り立つ。
【０１１２】
給電ネットワーク４２０には、図２０に示すように、ｋ個のネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋが含まれる。ここで、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのそれぞれには、入出力端子として通信回路１３０−１−１〜１３０−ｋ−Ｌ側にＬ個の入出力ポートが設けられてもよい。また、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのそれぞれには、入出力端子としてアレイアンテナ４１０側にＬ個の入出力ポートが設けられてもよい。なお、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのそれぞれは、例えば、バトラーマトリックスや、ブラスマトリックス、ロットマンレンズ等を実現する回路網である。以降では、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋの通信回路１３０−１−１〜１３０−ｋ−Ｌ側にそれぞれＬ個の入出力ポートが設けられ、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのアレイアンテナ４１０側にそれぞれＬ個の入出力ポートが設けられた場合を例に説明する。
【０１１３】
このように構成された場合には、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋの通信回路１３０−１−１〜１３０−ｋ−Ｌ側にそれぞれ設けられたＬ個の入出力ポートは、信号線１７０−１−１〜１７０−ｋ−Ｌを介して、当該Ｌ個の入出力ポートに対応する通信回路１３０のそれぞれに接続される。
【０１１４】
具体的には、例えば、ネットワーク回路部４２１−１は、Ｌ個の入出力ポートを介して、通信回路１３０−１−１，通信回路１３０−１−２，・・・，通信回路１３０−１−Ｌのそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部４２１−１は、通信回路１３０−１−ｐ（ｐは、１〜Ｌの自然数のいずれか）のそれぞれに接続される。また、例えば、ネットワーク回路部４２１−２は、Ｌ個の入出力ポートを介して、通信回路１３０−２−１，通信回路１３０−２−２，・・・，通信回路１３０−２−Ｌのそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部４２１−２は、通信回路１３０−２−ｐのそれぞれに接続される。そして、例えば、ネットワーク回路部４２１−ｋは、Ｌ個の入出力ポートを介して、通信回路１３０−ｋ−１，通信回路１３０−ｋ−２，・・・，通信回路１３０−ｋ−Ｌのそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部４２１−ｋは、通信回路１３０−ｋ−ｐのそれぞれに接続される。
【０１１５】
また、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋは、それぞれＬ個の入出力ポートを介して、当該Ｌ個の入出力ポートに対応するアンテナ素子４１１のそれぞれに接続される。
【０１１６】
具体的には、例えば、ネットワーク回路部４２１−１は、Ｌ個の入出力ポートを介して、アンテナ素子４１１−１−１，アンテナ素子４１１−１−２，・・・，アンテナ素子４１１−１−Ｌのそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部４２１−１は、アンテナ素子４１１−１−ｑ（ｑは、１〜Ｌの自然数のいずれか）のそれぞれに接続される。また、例えば、ネットワーク回路部４２１−２は、Ｌ個の入出力ポートを介して、アンテナ素子４１１−２−１，アンテナ素子４１１−２−２，・・・，アンテナ素子４１１−２−Ｌのそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部４２１−２は、アンテナ素子４１１−２−ｑのそれぞれに接続される。そして、例えば、ネットワーク回路部４２１−ｋは、Ｌ個の入出力ポートを介して、アンテナ素子４１１−ｋ−１，アンテナ素子４１１−ｋ−２，・・・，アンテナ素子４１１−ｋ−Ｌのそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部４２１−ｋは、アンテナ素子４１１−ｋ−ｑのそれぞれに接続される。
【０１１７】
そのように接続されることにより、図２１に示す例において、横方向に並設されたＬ個のアンテナ素子４１１それぞれには、一のネットワーク回路部４２１によって分配された信号が入力される。具体的には、例えば、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−１−Ｌのそれぞれには、ネットワーク回路部４２１−１によって分配された信号が入力される。また、例えば、Ｌ個のアンテナ素子４１１−２−１〜４１１−２−Ｌのそれぞれには，ネットワーク回路部４２１−２によって分配された信号が入力される。そして、例えば、アンテナ素子４１１−ｋ−１〜４１１−ｋ−Ｌのそれぞれには、ネットワーク回路部４２１−ｋによって分配された信号が入力される。
【０１１８】
そのような構成により、横方向に並設されたＬ個のアンテナ素子４１１のそれぞれが、放射角度が異なる固定ビームを放射する。なお、各固定ビームは、横方向の放射角度は互いに異なるが、縦方向の放射角度は同様である。ここで、導体反射板４１２には、横方向に並設されたＬ個のアンテナ素子４１１の集合（サブアレイアンテナという）が、縦方向にｋ個並設される。よって、アレイアンテナ４１０から、横方向の放射角度が互いに異なるＬ個の固定ビームがｋ組、計ｎ（ｎ＝Ｌ×ｋ）個の固定ビームが放射される。ここで、ｋ組ある固定ビームの集合における各固定ビームは、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１―ｋが同一のネットワーク回路部であれば、それぞれ同一になる。それに対して、ｋ組ある固定ビームの集合における各固定ビームは、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋが異なるネットワーク回路部であれば、それぞれ異なる。
【０１１９】
そのような構成により、本実施形態では、例えばネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋがそれぞれ異なる信号分配を行う場合に、アレイアンテナ４１０から、横方向の放射角度が互いに異なるＬ個以上の固定ビームが放射されるので、横方向により広角に固定ビームを放射することができる。また、本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置４００に含まれるアレイアンテナ４１０には、横方向に並設されたＬ個のアンテナ素子４１１の集合が、縦方向にｋ個並設される。そのような構成により、アレイアンテナ４１０から放射された固定ビームは、縦方向においても互いに重なり合い合成ビームを形成する。したがって、ＭＩＭＯ通信装置４００は、第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００よりも多くの数の合成ビームを形成することができる。よって、さらに通信性能を向上させることができる。
【０１２０】
なお、本実施形態において、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのそれぞれにおいて、第２の実施形態におけるネットワーク回路部２２１およびネットワーク回路部２２２と同様に、それぞれが異なる分配比で信号分配がなされてもよい。
【０１２１】
また、本実施形態において、導体反射板４１２においてアンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌが並設される矩形状の領域の縦方向の長さと横方向の長さとは、同様であってもよい。
【０１２２】
図２２は、アレイアンテナ４１０の構成の他の第１の例を示す正面図である。また、図２３は、アレイアンテナ４１０の構成の他の第２の例を示す正面図である。本実施形態において、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌのそれぞれは、図２２および図２３に示すように、任意の複数のサブアンテナ素子を含む形で構成されてもよい。ここで、図２２に示す例では、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌのそれぞれは、２つのアンテナ素子によって構成されている。また、図２３に示す例では、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌのそれぞれは、４つのアンテナ素子によって構成されている。
【０１２３】
図２４は、アレイアンテナ４１０の構成の他の第３の例を示す正面図である。本実施形態において、アレイアンテナ４１０は、ＭＩＭＯ通信装置４００を２偏波に対応させるために、図２４に示す例のように構成されていてもよい。具体的には、アレイアンテナ４１０には、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌの代わりに、一の偏波に対応したｍ（ｍ＝Ｌ´×ｋ´）個のアンテナ素子４１３と、他の一の偏波に対応したｍ（ｍ＝Ｌ´×ｋ´）個アンテナ素子４１４とが含まれていてもよい。なお、変数ｍとｎとの間には、ｎ＝ｍ×２の関係式が成り立つ。そのような構成により、ＭＩＭＯ通信装置４００は２偏波に対応することができる。なお、そのように構成された場合には、給電ネットワーク４２０には、通信回路１３０−１−１〜１３０−ｋ−Ｌ側およびアレイアンテナ４１０側のそれぞれにＬ´個の入出力ポートが設けられ、且つ一の偏波に対応したネットワーク回路がｋ´個含まれる。また、給電ネットワーク４２０には、通信回路１３０−１−１〜１３０−ｋ−Ｌ側およびアレイアンテナ４１０側のそれぞれにＬ´個の入出力ポートが設けられ、且つ他の一の偏波に対応したネットワーク回路がｋ´個含まれる。
【０１２４】
（第５の実施形態）
第５の実施形態のＭＩＭＯ通信装置５００について図面を参照して説明する。図２５は、第５の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置５００の構成例を示すブロック図である。
【０１２５】
第５の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置５００は、給電ネットワーク４２０の代わりに給電ネットワーク５２０が含まれる点で、第４の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置４００と異なる。本実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置５００のその他の構成は、図２０に示す第４の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置４００の構成と同様であるので、対応する要素には図２０と同じ符号を付して説明を省略する。
【０１２６】
給電ネットワーク５２０には、第４の実施形態における給電ネットワーク４２０の構成に加えて、Ｌ個のネットワーク回路部５２１−１〜５２１−Ｌが更に含まれる。ネットワーク回路部５２１−１〜５２１−Ｌは、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋとアレイアンテナ４１０との間に配置され、それぞれと互いに接続されている。なお、本実施形態において、変数ｋと、Ｌと、ｎとには、Ｌ×ｋ＝ｎという関係式が成り立つ。
【０１２７】
具体的には、例えば、ネットワーク回路部５２１−１は、アンテナ素子４１１−１−１，アンテナ素子４１１−２−１，・・・，アンテナ素子４１１−ｋ−１のそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部５２１−１は、アンテナ素子４１１−ｒ−１（ｒは、１〜ｋの自然数のいずれか）のそれぞれに接続される。さらに、ネットワーク回路部５２１−１は、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのそれぞれに接続される。
【０１２８】
また、例えば、ネットワーク回路部５２１−２は、アンテナ素子４１１−１−２，アンテナ素子４１１−２−２，・・・，アンテナ素子４１１−ｋ−２のそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部５２１−２は、アンテナ素子４１１−ｒ−２のそれぞれに接続される。さらに、ネットワーク回路部５２１−２は、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのそれぞれに接続される。
【０１２９】
そして、例えば、ネットワーク回路部５２１−Ｌは、アンテナ素子４１１−１−Ｌ，アンテナ素子４１１−２−Ｌ，・・・，アンテナ素子４１１−ｋ−Ｌのそれぞれに接続される。よって、ネットワーク回路部５２１−Ｌは、アンテナ素子４１１−ｒ−Ｌのそれぞれに接続される。さらに、ネットワーク回路部５２１−Ｌは、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋのそれぞれに接続される。
【０１３０】
そのような構成により、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋによって分配された信号のそれぞれが、ネットワーク回路部５２１−１〜５２１−Ｌに入力される。そして、ネットワーク回路部５２１−１〜５２１−Ｌは、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋに入力された信号のそれぞれを、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−Ｌのそれぞれに分配する。具体的には、例えば、ネットワーク回路部５２１−１は、アンテナ素子４１１−１−１〜４１１−ｋ−１のそれぞれに信号を分配する。また、例えば、ネットワーク回路部５２１−２は、アンテナ素子４１１−１−２〜４１１−ｋ−２のそれぞれに信号を分配する。そして、例えば、ネットワーク回路部５２１−Ｌは、アンテナ素子４１１−１−Ｌ〜４１１−ｋ−Ｌのそれぞれに信号を分配する。
【０１３１】
ここで、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋによる信号の分配により、アレイアンテナ４１０が放射する固定ビームそれぞれの横方向の放射角度が、異なるようになる。また、ネットワーク回路部５２１−１〜５２１−Ｌによる信号の分配により、アレイアンテナ４１０が放射する固定ビームそれぞれの縦方向の放射角度が、異なるようになる。具体的には、例えば、アンテナ素子４１１−１−１，アンテナ素子４１１−１−２，・・・，アンテナ素子４１１−ｋ−Ｌのそれぞれが放射する電磁波の各々が重ね合わせられて、縦方向および横方向のそれぞれについて角度が異なる固定ビームが放射される。そして、図２１に示す例では、導体反射板４１２には、横方向に並設されたＬ個のアンテナ素子４１１の集合が、縦方向にｋ個並設される。よって、アレイアンテナ４１０から、それぞれが縦方向および横方向のそれぞれについて角度が異なるｎ（ｎ＝Ｌ×ｋ）個の固定ビームが放射される。すなわち、アレイアンテナ４１０から、信号強度が最も強くなる方向が互いに異なるｎ個の固定ビームが放射される。
【０１３２】
そのような構成により、ＭＩＭＯ通信装置５００は、縦方向および横方向により広角に固定ビームを放射することができる。ＭＩＭＯ通信装置５００は、第１の実施形態におけるＭＩＭＯ通信装置１００よりも多くの固定ビームを放射することができる。よって、さらに通信性能の低下を防ぐことができる。
【０１３３】
したがって、本実施形態によれば、さらに通信性能の低下を防ぐことができる。
【０１３４】
なお、本実施形態において、ネットワーク回路部４２１−１〜４２１−ｋおよびネットワーク回路部５２１−１〜５２１−Ｌのそれぞれにおいて、第２の実施形態のネットワーク回路部２２１およびネットワーク回路部２２２と同様に、それぞれが異なる分配比の信号分配がなされてもよい。
【０１３５】
（第６の実施形態）
第６の実施形態の通信装置６００について図面を参照して説明する。
【０１３６】
図２６は、第６の実施形態における通信装置６００の構成例を示すブロック図である。図２６に示す例では、通信装置６００は、給電部６１０と、複数の通信部６２０と、ＭＩＭＯ処理部６３０とを含む。
【０１３７】
ここで、給電部６１０は、例えば、図１に示す第１の実施形態における給電ネットワーク１２０に相当する。また、複数の通信部６２０のそれぞれは、例えば、図１に示す第１の実施形態における通信回路１３０−１〜１３０−ｎのそれぞれに相当する。そして、ＭＩＭＯ処理部６３０は、例えば、図１に示す第１の実施形態におけるＭＩＭＯ処理部１６０に相当する。
【０１３８】
給電部６１０は、入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子（図示せず）に分配する。また、給電部６１０は、複数の通信部６２０に、複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を分配する。
【０１３９】
複数の通信部６２０のそれぞれは、デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する。
【０１４０】
ＭＩＭＯ処理部６３０は、ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、複数の通信部６２０に送信用のデジタル信号を入力する。また、ＭＩＭＯ処理部６３０は、複数の通信部６２０によって入力されたアナログの受信信号に基づくデジタル信号に、処理を施す。
【０１４１】
なお、複数の通信部６２０は、ＭＩＭＯ処理部６３０が入力した送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換したアナログの送信信号を給電部６１０に入力する。また、複数の通信部６２０は、給電部６１０により分配されて入力されたアナログの受信信号を、当該アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換する。そして、複数の通信部６２０は、ＭＩＭＯ処理部６３０に、当該デジタル信号を入力する。
【０１４２】
なお、給電部６１０は、複数の通信部６２０と同数のアナログの受信信号に基づくアナログ信号を、複数の通信部６２０に分配する。また、給電部６１０は、互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、複数のアンテナ素子に、複数の通信部６２０と同数のアナログの送信用信号を分配する。
【０１４３】
次に、通信装置６００の動作例を図２７を参照して説明する。図２７は、通信装置６００の動作例を示すフローチャートである。
【０１４４】
ＭＩＭＯ処理部６３０は、ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、複数の通信部６２０に送信用のデジタル信号を入力する（ステップＳ６０１）。
【０１４５】
複数の通信部６２０は、ＭＩＭＯ処理部６３０によって入力された送信用のデジタル信号をアナログの送信信号に変換する。そして、複数の通信部６２０のそれぞれは、給電部６１０に、当該送信用信号を入力する（ステップＳ６０２）。
【０１４６】
給電部６１０は、互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、複数のアンテナ素子に、複数の通信部６２０と同数のアナログの送信信号を分配する（ステップＳ６０３）。
【０１４７】
そして、複数のアンテナ素子は、当該送信用信号に基づくビームを放射する。
【０１４８】
次に、通信装置６００の他の動作例を図２８を参照して説明する。図２８は、通信装置６００の他の動作例を示すフローチャートである。
【０１４９】
給電部６１０は、複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を、複数の通信部６２０に分配する（ステップＳ７０１）。
【０１５０】
複数の通信部６２０は、給電部６１０により分配されて入力されたアナログの受信信号を、アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換する。そして、複数の通信部６２０は、ＭＩＭＯ処理部６３０に、当該デジタル信号を入力する（ステップＳ７０２）。
【０１５１】
ＭＩＭＯ処理部６３０は、複数の通信部６２０に入力されたデジタル信号に、処理を施す（ステップＳ７０３）。
【０１５２】
本実施形態によれば、互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、複数のアンテナ素子に、複数の通信部６２０と同数のアナログの送信信号を分配する。そして、複数のアンテナ素子は、当該送信用信号に基づくビームを放射する。したがって、例えば、通信相手の端末に向けてビームを放射するために通信装置６００が行ったキャリブレーション処理に誤差が生じた場合であっても、当該誤差による通信装置６００の通信性能の低下は、最小限に抑えられる。
【０１５３】
よって、本実施形態によれば、通信性能の低下を防ぐことができる。
【０１５４】
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形や、置換、調整を加えることができる。また、各実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。
【０１５５】
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得る各種変形、修正を含むことは勿論である。
【０１５６】
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
［付記１］
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、
前記複数の通信手段は、
前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信装置。
［付記２］
前記給電手段は、バトラーマトリックス、ブラスマトリックス、またはロットマンレンズを実現する回路網を含む
付記１に記載の通信装置。
［付記３］
前記複数のアンテナ素子を含む
付記１または付記２に記載の通信装置。
［付記４］
前記複数のアンテナ素子は、互いが所定の間隔になるように配置されている
付記３に記載の通信装置。
［付記５］
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ複数のサブアンテナ素子を含む
付記３または付記４に記載の通信装置。
［付記６］
前記複数のサブアンテナ素子は、互いに異なる複数種類の偏波に対応し、
前記複数種類の偏波のそれぞれに応じた複数種類の前記給電手段を含む
付記５に記載の通信装置。
［付記７］
前記複数のアンテナ素子は、矩形状の領域においてそれぞれ横方向および縦方向に並設され、
それぞれ横方向または縦方向に並設された一連の前記複数のアンテナ素子によってサブアレイアンテナがそれぞれ構成される
付記３から付記６のうちいずれか１項に記載の通信装置。
［付記８］
前記複数のアンテナ素子のそれぞれに応じた前記給電手段をそれぞれ含む
付記１から付記７のうちいずれか１項に記載の通信装置。
［付記９］
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、
前記複数の通信手段は、
前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信装置と通信する通信端末。
［付記１０］
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信ステップと、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信ステップを実行する複数の通信手段に分配する給電ステップと、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理ステップとを含み、
前記複数の通信ステップで、
前記ＭＩＭＯ処理ステップで前記複数の通信手段に入力して前記送信用のデジタル信号がアナログ信号に変換された前記アナログの送信信号を前記給電ステップを実行する給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換して前記ＭＩＭＯ処理ステップを実行するＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電ステップで、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信方法。
［付記１１］
コンピュータに、
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信処理と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信処理を実行する複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力したアナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理とを実行させ、
前記複数の通信処理で、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力された前記アナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段に、前記ＭＩＭＯ処理で前記通信手段に入力して前記送信用のデジタル信号がアナログ信号に変換された前記アナログの送信信号を入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換して前記ＭＩＭＯ処理を実行するＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
通信用プログラム。
【０１５７】
この出願は、２０１６年９月２９日に出願された日本出願特願２０１６−１９１２９９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１５８】
１００  ＭＩＭＯ通信装置
１１０  アレイアンテナ
１１１−１〜１１１−ｎ  アンテナ素子
１１２−１〜１１２−ｎ  アンテナポート
１１３  導体反射板
１１４−１〜１１４−ｎ  サブアンテナ素子
１１５−１〜１１５−ｎ´  アンテナ素子
１１６  サブ給電ネットワーク
１１７−１〜１１７−ｎ  アンテナポート
１２０  給電ネットワーク
１２１−１〜１２１−ｎ  入出力ポート
１２２−１〜１２２−ｎ  入出力ポート
１２３  ネットワーク回路部
１３０−１〜１３０−ｎ  通信回路
１４０  キャリブレーションネットワーク
１４１−１〜１４１−ｎ  カプラ
１５０  キャリブレーション用通信回路
１６０  ＭＩＭＯ処理部
１６１  キャリブレーション処理部
１６２  ＢＢ処理部
１７０−１〜１７０−ｎ  信号線
１８０−１〜１８０−４  固定ビーム
１９０−１〜１９０−４  固定ビーム
２００  ＭＩＭＯ通信装置
２２０  給電ネットワーク
２２１  ネットワーク回路部
２２２  ネットワーク回路部
２２３−１〜２２３−ｎ  スイッチ
２２４−１〜２２４−ｎ  スイッチ
２２５−１〜２２５−ｎ  入出力ポート
２２６−１〜２２６−ｎ  入出力ポート
２２７−１〜２２７−ｎ  入出力ポート
２２８−１〜２２８−ｎ  入出力ポート
３００  ＭＩＭＯ通信装置
３１０  アレイアンテナ
３１１−１〜３１１−ｍ  ２偏波アンテナ
３１２−１〜３１２−ｍ  アンテナ素子
３１３−１〜３１３−ｍ  アンテナ素子
３１４  導体反射板
３２０  給電ネットワーク
３２１−１，３２１−２  ネットワーク回路部
３２２−１〜３２２−ｍ  入出力ポート
３２３−１〜３２３−ｍ  入出力ポート
３２４−１〜３２４−ｍ  入出力ポート
３２５−１〜３２５−ｍ  入出力ポート
４００  ＭＩＭＯ通信装置
４１０  アレイアンテナ
４１１−１〜４１１−ｎ  アンテナ素子
４１２  導体反射板
４１３  アンテナ素子
４１４  アンテナ素子
４２０  給電ネットワーク
４２１−１〜４２１−ｋ  ネットワーク回路部
５００  ＭＩＭＯ通信装置
５２０  給電ネットワーク
５２１−１〜５２１−Ｌ  ネットワーク回路部
６００  通信装置
６１０  給電部
６２０  通信部
６３０  ＭＩＭＯ処理部
９００  ＭＩＭＯ通信装置
９１０  アレイアンテナ
９１１−１〜９１１−ｎ  アンテナ素子
９３０−１〜９３０−ｎ  通信回路
９４０  キャリブレーションネットワーク
９４１−１〜９４１−ｎ  カプラ
９５０  キャリブレーション用通信回路
９６０  ＭＩＭＯ処理部
９７１−１〜９７１−ｎ  信号線
【図１】
2018061903.tif 000003
【図２】
2018061903.tif 000004
【図３】
2018061903.tif 000005
【図４】
2018061903.tif 000006
【図５】
2018061903.tif 000007
【図６】
2018061903.tif 000008
【図７】
2018061903.tif 000009
【図８】
2018061903.tif 000010
【図９】
2018061903.tif 000011
【図１０】
2018061903.tif 000012
【図１１】
2018061903.tif 000013
【図１２】
2018061903.tif 000014
【図１３】
2018061903.tif 000015
【図１４】
2018061903.tif 000016
【図１５】
2018061903.tif 000017
【図１６】
2018061903.tif 000018
【図１７】
2018061903.tif 000019
【図１８】
2018061903.tif 000020
【図１９】
2018061903.tif 000021
【図２０】
2018061903.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月13日(2019.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、
前記複数の通信手段は、
前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記給電手段は、バトラーマトリックス、ブラスマトリックス、またはロットマンレンズを実現する回路網を含む
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記複数のアンテナ素子を含む
請求項１または請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記複数のアンテナ素子は、互いが所定の間隔になるように配置されている
請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナ素子は、それぞれ複数のサブアンテナ素子を含む
請求項３または請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記複数のサブアンテナ素子は、互いに異なる複数種類の偏波に対応し、
前記複数種類の偏波のそれぞれに応じた複数種類の前記給電手段を含む
請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記複数のアンテナ素子は、矩形状の領域においてそれぞれ横方向および縦方向に並設され、
それぞれ横方向または縦方向に並設された一連の前記複数のアンテナ素子によってサブアレイアンテナがそれぞれ構成される
請求項３から請求項６のうちいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項８】
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信手段と、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理手段とを備え、
前記複数の通信手段は、
前記ＭＩＭＯ処理手段が入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号を、前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換してＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信装置と通信する通信端末。
【請求項９】
複数の通信手段でデジタル信号とアナログ信号とを相互に変換し、
給電手段で、入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力されたアナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配し、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力した前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施し、
前記複数の通信手段で、
ＭＩＭＯ処理手段が前記複数の通信手段に入力した前記送信用のデジタル信号をアナログ信号に変換した前記アナログの送信信号を前記給電手段に入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換して前記ＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段で、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
ことを特徴とする通信方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
デジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する複数の通信処理と、
ＭＩＭＯ通信方式に基づいて、前記複数の通信処理を実行する複数の通信手段に送信用のデジタル信号を入力し、前記複数の通信手段が入力したアナログの受信信号に基づくデジタル信号に処理を施すＭＩＭＯ処理とを実行させ、
前記複数の通信処理で、
入力されたアナログの送信信号を複数のアンテナ素子に分配し、前記複数のアンテナ素子によって受信され入力された前記アナログの受信信号を前記複数の通信手段に分配する給電手段に、前記ＭＩＭＯ処理で前記通信手段に入力して前記送信用のデジタル信号がアナログ信号に変換された前記アナログの送信信号を入力し、
前記給電手段により分配されて入力された前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を前記アナログの受信信号に基づくデジタル信号に変換して前記ＭＩＭＯ処理を実行するＭＩＭＯ処理手段に入力し、
前記給電手段は、
前記複数の通信手段と同数の前記アナログの受信信号に基づくアナログ信号を、前記複数の通信手段に分配し、
互いが所定の位相差である電磁波が放射されるように、前記複数のアンテナ素子に前記複数の通信手段と同数の前記アナログの送信信号を分配する
通信用プログラム。
【国際調査報告】
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